一種汽車振動的評價(jià)與分析方法

魯媛 廖毅 余義 繆勇

摘 要：為了更好地對汽車振動問題進(jìn)行評價(jià)與確認(rèn)，基于主觀與客觀結(jié)合的理念，本文提出一種新的振動品質(zhì)（VQ）分析方法。推導(dǎo)了VQ分析方法的基本原理，并將線性回歸分析用于振動品質(zhì)分析，創(chuàng)建有效的線性回歸預(yù)測模型，利用實(shí)例分析驗(yàn)證看此方法的可行有效性，并為后續(xù)平臺車輛的振動品質(zhì)進(jìn)行前期的主觀評審預(yù)測。

關(guān)鍵詞：汽車振動；客觀與主觀結(jié)合；線性回歸；主觀評審預(yù)測

中圖分類號：U467.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：J 文章編號：1005-2550（2018）05-0087-08

Abstract： In order to get better evaluation and confirmation on the automobile vibration problems， based on the concept of subjective and objective fusion， this paper proposes a new method of vibration quality （VQ） analysis. The basic principle of VQ method was deduced， and the linear regression analysis is used in vibration analysis of quality， to create effective linear regression prediction model， the practical effectiveness of this method is validated with example analysis， and for subsequent platform vibration of the vehicle quality of subjective evaluation prediction.

Key Words： Vehicle vibration； Objective and subjective fusion； Linear regression； Subjective evaluation prediction

1 引言

人對車輛振動噪聲的主觀感受是評價(jià)車輛性能的最直接方法。對于振動品質(zhì)問題，所有開發(fā)設(shè)計(jì)工作的目標(biāo)都是為了滿足用戶群體的期望值并領(lǐng)先市場中的其他競爭對手。為了調(diào)查用戶對車輛振動品質(zhì)的主觀感受，需要組織主觀評審試驗(yàn)[1]，真實(shí)反映乘員對振動特性的主觀感受。主觀評審試驗(yàn)是振動問題的最直接的評判方法，也是車輛振動特性的最終評價(jià)手段，因此在振動問題

研究方法顯得尤為重要。

根據(jù)ISO2631-1《機(jī)械振動和沖擊——人體全身受振動的評價(jià)》和ISO5439-1《機(jī)械振動——人體手傳振動的測量與評價(jià)》人體力學(xué)模型仿真顯示，人體各部分器官共振頻率范圍見表1。人體可感知的振動主要范圍為0-100Hz[2]，因此在對車輛振動進(jìn)行客觀測試量化時(shí)，應(yīng)主要關(guān)注此頻率范圍。

運(yùn)用VQ的技術(shù)方法，同時(shí)對車輛振動進(jìn)行主觀評審和客觀測試。將主觀評審和客觀數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析[3]，一方面可以獲得線性回歸模型，對后續(xù)平臺車型的主觀評審結(jié)果進(jìn)行提前預(yù)測；另一方面，在分析的過程中，可以找出車輛的振動問題區(qū)域以及與對標(biāo)車的差距。

2 VQ分析方法的基本思路

通常的噪聲振動品質(zhì)分析方法分為兩種：客觀測試數(shù)據(jù)分析和主觀評審?？陀^數(shù)據(jù)與主觀評審都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）客觀數(shù)據(jù)

優(yōu)點(diǎn)：測量過程簡單、可重復(fù)性強(qiáng)、定量分析

缺點(diǎn)：每種參數(shù)都不能完全反應(yīng)人的感覺

（2）主觀評審

優(yōu)點(diǎn)：完全反映出人的感覺

缺點(diǎn)：評審過程復(fù)雜、可重復(fù)性弱

為了結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，VQ分析方法對主觀評審和客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，并將主觀評審進(jìn)行量化處理。VQ分析方法的流程圖，如圖1。

3 VQ分析方法的基本原理

VQ分析方法，是以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用一元線性回歸進(jìn)行主觀數(shù)據(jù)和客觀數(shù)據(jù)的后處理分析。

3.1 一元線性回歸模型的方程及參數(shù)

相關(guān)性系數(shù) 是一個(gè)回歸直線與樣本觀測值擬合優(yōu)度判定的指標(biāo)。一個(gè)線性線性回歸模型如果充分利用了自變量 的信息， 越大，擬合優(yōu)度就越好；反之，如 不大，說明模型中給出的自變量 和因變量 的信息還不夠充分，應(yīng)進(jìn)行修改，使自變量 和因變量 的信息得到充分利用，直至 達(dá)到0.9及以上。

4 實(shí)例分析

為了優(yōu)化提高某MPV車型的噪聲振動品質(zhì)，運(yùn)用VQ的技術(shù)方法，同時(shí)進(jìn)行主觀評審和客觀測試。將主觀評審和客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，一方面獲得線性回歸模型，對后續(xù)平臺車型的主觀評審結(jié)果進(jìn)行提前預(yù)測；另一方面，在分析的過程中，找出車輛的振動問題區(qū)域以及與對標(biāo)車的差距。以該MPV車型在粗糙路面5gear 60km/h運(yùn)行工況為例，介紹VQ分析方法的應(yīng)用。其他工況同理分析。

4.1 VQ分析方法的流程

4.2 主觀評價(jià)

主觀評價(jià)的打分原則遵循簡化的GMUTS主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。該MPV車型和對標(biāo)車主觀評價(jià)分?jǐn)?shù)匯總，見表3、表4和表5。

4.3 主觀評價(jià)分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析

（1）判斷駕駛員整體振動品質(zhì)是否與駕駛員整體聲音品質(zhì)相關(guān)

以表3駕駛員位置為例，對表3的第一列向量和第二列向量求解相干系數(shù)依次計(jì)算表整體噪聲品質(zhì)與整體振動品質(zhì)、座位1振動與座位2振動、座位1振動與座位3振動、座位2與座位3振動各自的分?jǐn)?shù)的相關(guān)性系數(shù)Correlation （R2）。由表6可知，駕駛員位置整體噪聲品質(zhì)與整體振動品質(zhì)的相干系數(shù)很低，說明振動問題與噪聲關(guān)系不大。

（2）判斷駕駛員位置振動是否與其他乘客位置振動相關(guān)

利用相關(guān)系數(shù)，判斷不同座位振動評分向量之間的關(guān)系，由表6可知，司機(jī)座位、中排乘客座位和后排乘客座位的振動評審結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)很低，說明司機(jī)座位的振動與其他座位無直接關(guān)系。

（3）通過各個(gè)局部評審位置不同車輛的評分趨勢，找出與整體振動品質(zhì)趨勢最接近的。

以圖3為例，三臺樣車的方向盤打分趨勢與整體振動打分趨勢最接近，說明方向盤對整體振動主觀改進(jìn)的貢獻(xiàn)最大。

4.4 客觀測試數(shù)據(jù)分析

（1）重復(fù)性比較

由于每次評審員進(jìn)行評審時(shí)記錄了原始數(shù)據(jù)，因此利用1/3倍頻程分析結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢查，如圖4。

以某工況為例，對每輛樣車、每位評審員和每個(gè)傳感器（方向盤XYZ、坐墊XYZ和座椅導(dǎo)軌XYZ）的數(shù)據(jù)進(jìn)行1/3倍頻程分析。2樣車，9評審員，9傳感器方向，因此共有162個(gè)結(jié)果。由圖4可知9位評審員的客觀測試數(shù)據(jù)非常接近（圖中紅色曲線為該MPV車型的1/3倍頻程結(jié)果，黑色曲線為對標(biāo)車的1/3倍頻程結(jié)果）。

（2）數(shù)據(jù)縮減

根據(jù)人體振動的敏感頻段，對X、Y、Z三方向進(jìn)行適量求和。圖5、圖6和圖7結(jié)果顯示，該MPV車型（紅色曲線）和對標(biāo)車1（黑色曲線）在方向盤振動位置的幅值差異非常大，這與主觀感受的差異一致。而該MPV車型和對標(biāo)車1在其他位置的振動幅值差異不大。

4.5 主觀數(shù)據(jù)與客觀數(shù)據(jù)擬合分析

（1）通過主客觀數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)方向盤振動對整體振動評審結(jié)果的影響最大，因此將它作

為進(jìn)一步的研究對象。將該MPV車型的主觀評審數(shù)據(jù)與方向盤振動客觀測試數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，如表7所示。表7中方向盤振動客觀測試數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)縮減后的曲線（1/3倍頻程）在8-160Hz內(nèi)求和值。

（2）根據(jù)表7，以光滑路面為例，共有四個(gè)數(shù)據(jù)，如下表8。

4.6 VQ分析方法對主觀評審結(jié)果的預(yù)測

（1）主觀評審結(jié)果預(yù)測

（2）相關(guān)性系數(shù)

在該線性回歸模型預(yù)測主觀評審結(jié)果中，相關(guān)系數(shù)等于0.958，表明主觀評審結(jié)果的變化主要（95.8%）是由于客觀測試數(shù)據(jù)的變化造成的，且當(dāng)前的線性回歸模型是有效的。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用提出一種非正式的評審分析方法，VQ分析方法，針對汽車振動問題，根據(jù)主觀評價(jià)分?jǐn)?shù)和客觀測試數(shù)據(jù)進(jìn)行振動品質(zhì)參數(shù)估計(jì)，構(gòu)建了主觀評價(jià)與客觀測試數(shù)據(jù)建立正確的線性回歸模型。利用實(shí)例，驗(yàn)證了可以利用少量樣車和評審員等條件，主觀與客觀結(jié)合，量化了其NVH振動性能，實(shí)現(xiàn)對汽車振動問題進(jìn)行有效的評價(jià)與確認(rèn)，以及主觀評審預(yù)測。

由實(shí)例分析及工程運(yùn)用結(jié)果可知，該評價(jià)方法有效可行，可為汽車振動NVH性能評價(jià)提供良好的技術(shù)指導(dǎo)，有利于汽車振動評價(jià)的多元性和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]XuP L，Liu J N，Shi C.Total least squares adjustment in partial errors-insvariables models： algorithm and statistical analysis[J].Journal of Geodesy，2012，86：661-675.

[2]申秀敏，左曙光，王勇，李彬.轎車聲品質(zhì)主觀評價(jià)研究[J].噪聲與振動控制，2013（1）：96-101.

[3]Atik， Meryem，I? kl Rabia Canay，Orta?e?me， Veli，Y ld r m， Emrah， Exploring a combination of objective and subjective assessment in landscape classification： Side case from Turkey [J]， In Applied Geography June 2017 83：130-140.

[4]申秀敏，左曙光，李林，張世煒.車內(nèi)噪聲聲品質(zhì)的支持向量機(jī)預(yù)測[J].振動與沖擊，2010 （6）：66-68+236.

[5]孫寶，劉玲.線性回歸模型預(yù)測借閱量[J].現(xiàn)代情報(bào)，2007（9）：159-164.

[6]Kennings PR， Senapati US，fothergill DJ，et al.Using an NVH simulator to develop power-train mounting systems[J].Sound and Vibration，2013，47（4）：14-19.

[7]毛東興，俞悟周，王佐民.聲品質(zhì)成對比較主觀評價(jià)的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)及判據(jù)[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，2005 （5）：468-472.

[8]賀巖松，涂梨娥，徐中明，張志飛.汽車聲品質(zhì)綜述[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2014（6）：391-401.

[9]孔傳旭，李基芳，何偉舉.主觀評價(jià)聲品質(zhì)參數(shù)的計(jì)算[J].汽車工程師，2010（1）：31-34.

[10]王登峰，劉宗巍，梁杰，王世剛，姜吉光.車內(nèi)噪聲品質(zhì)的主觀評價(jià)試驗(yàn)與客觀量化描述[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2006（S2）：41-45.